基于单片机的病房呼叫系统

基于单片机的病房呼叫系统

[摘要]该系统设计是基于51系列的单片机设计的病房呼叫系统。在该设计中每个病房都有一个按键，当患者有需要的时候，按下按键，此时，值班室的系统板上会显示此患者的床位号，此时，值班室的护士会看到哪个病房的患者又需要，然后护士按下“响应”键取消当前呼叫。

在这个瞬息万变、竞争激烈的时代，选择一个优越的工具往往能提升企业在这个市场上的竞争力。尤其医院的竞争越来越激烈，商业医院的生存是第一位的，提升档次和服务质量迫在眉睫，陪护问题一直是医患矛盾的主体，也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题，使用病房呼叫系统，方便病人更快找到医生，以节约病人的宝贵时间。系统主要用于医院、门疹、养老院等场所。可大大降低护理成本，增强护理的及时性和有效性，而且无需布线、安装极其简便。以前当病人需要服务时就不得不亲自到值班室去叫。安装该呼叫系统后，在病人与护士之间架起一座及时沟通的桥梁 。使用呼叫服务系统可在减少护理人员的同时，保证病员随时能够得到服务，让每个病人及时得到最佳护。

该系统就能够满足这个要求，且实际意义在于能够为医院提供一个成本低、不复杂、生产和安装方便的简单快捷系统。 [关键字]单片机，点阵，LED显示，呼叫系统

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绪论

1 绪论

1.1 引言

信息时代的医院管理已经从传统的人管模式，向智能化，电子化，信息化，网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展，“病房呼叫系统”可实现医院病房的智能化管理，可实现呼叫，报警，信息储存，显示等功能。为医院和患者都带来方便。

1.2 设计概述

1.2.1 设计背景

变革来自于创新，信息时代的医院管理已经从传统的人管模式，向智能化，电子化，信息化，网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展。

病房呼叫管理系统在全国大型医院病房中都有广泛的应用，它便于病人方便快捷的呼叫护士，缩短人工呼叫的时间。当今病房呼叫系统正在逐步的向智能化发展，它可以和录像机一起使用，当病人按下开关时，在护士值班室的大屏幕上能打开该病房，以此护士能观察到该病人的需要。并且，可以安装一个对讲机，能够使病人和护士进行对话。

1.2.2 设计目的和要求：

① 软件方面

要求界面美观，功能齐全，能写出最优控制算法，并能制成软件。 ② 硬件方面

研制出到一套及时、准确、可靠、简便可行、利于推广的硬件控制系统，能做成集成电路，减小体积，方便存放和测试。

a、系统框架建立

输入系统和显示系统是设计的两大系统，因此，在开题之前要对其单独 进行分析，能准确的构建系统的框架，这是对系统进行分析和控制的前提。

b、控制算法的研究

采用各种不同的控制方法，实现控制要求。比较控制效果和考虑性价比，从中选择合适的控制算法作为控制器，进而进行下一步的系统仿真和实验。

1.3 设计的内容和结构

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系统总体设计

设计的内容共分为六章：第一章“绪论”概括了系统的基本原理、系统的控制方法及课题的背景和内容；第二章“系统总体设计”介绍如何构建系统的框图，并对每个模块部分进行功能描述；第三章“系统硬件设计” 分析了系统的组成和基本工作原理，并介绍了详细的电路组成和实现。第四章“系统的软件设计” 着重介绍了控制算法的软件实现、软件实验平台的结构及相关的技术问题；第五章“调试和结果”给出实验结果，并分析结果得出结论。第六章“结论及展望”对完成的工作进行总结，并对今后的工作提出建议。

2 系统总体设计

2.1功能与方案确定

2.1.1功能要求

本课题主攻方向是使系统实现以下目的：

1．任一病房（共16张）呼叫，医护值班室马上能响应并显示病房号； 2．显示病房床号；

3．若有多个病床呼叫就循环显示； 4．处理完毕后清除记录；

5. 显示器不重复显示按一次以上的病床号 2.1.2.方案论证

方案一:

使用8051单片微机外加作地址锁存用的一块8三态锁存器74LS373芯片和一块EPROM芯片可构成一个完整的最小微机电路[12]。以此为基础，在智能装置中若要配置多位数码管显示器，以及m行n列矩阵键盘的话，可通过扩展诸如8255或8279之类的并行1/0芯片来完成，或者通过串行通讯口P3.0(RXD)和P3:1(TXD)经多块串—并，并—串转换电路74LS164和74LS165 IC芯片实现接口。按照一般的设计方法，显示和键盘搜索按下键均按动态扫描的方法进行，显示电路接口由P1口和P2口组成，键盘接口由P2口和P3口组成。在完成显示功能过程中，P1口锁存器显示字符的八段字形码，P2口的高6位(P2.7-P2.2)锁存待显示字符的位选码。8051按分时方式执行程序进入到键盘搜索时，经P2.7-P2.2输出键盘扫描的行选码，键盘的列输入由P3口的P3.7-P3.4承担缓冲功能。利用P2 .7-P2.2输出数据代码的做法是通过改变程序

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系统总体设计

计数器高6位数值来实现的。

方案二：

用8051自身接口实现数码管静态显示和键盘扫描

使用8051单片微机外加作地址锁存用的四块8三态锁存器74LS373芯片和一块74LS138芯片可构成一个完整的最小微机电路。以此为基础，在智能装置中若要配置多位数码管显示器，以及m行n列矩阵键盘的话，可以不扩展I/O芯片而由8051自身I/O口，实现上述功能, 即用P0口的八个端口作为LED的段选,用P2口的高三位连接一个三八译码器74LS138 作为四个LED的片选.用P1口和P2口的低五位做键盘电路的接口。

综上所述，方案一中键盘显示均采用动态扫描方式，其软件实现起来比较简单，但硬件电路过于复杂，没有合理利用单片机的I/O．而方案二外围电路简单，且软件实现起来也不是太复杂，合理利用单片机I/O口，比较起来本文采用的是方案二。 2.1.3 总体结构框图

本设计是基于AT89C51单片机设计的病房呼叫系统设计

该系统就是以Atmel 公司的AT89C51单片机作为主控器，包括键盘输入电路，显示电路，以及晶振复位电路等来实现病房呼叫系统。 图1 病房呼叫系统结构框图 输入部分 键盘输入 控制器 AT89C51 输出部分 LED显示 2.2 框架模块功能描述

（1）输入部分包括按键输入，按键输入相当于一个外界的干扰信号，用于向单

片机传输命令或数据。

（2）调节电路部分包括晶振和复位，需要时对控制器发出中断信号，以对系统

进行调节。

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系统硬件设计

图11 显示屏系统框图

图12 显示屏 点阵显示屏由32个8×8点阵LED显示模块（如图12）。32片8×8点阵LED显示模块利用总线形组成一个32×64的LED点阵，用于同时显示8个16×16点阵汉字或数字。单元显示屏可以接收来自控制器或上一级显示单元模块传输下来的数据信息和命令信息，并可将这些数据信息和命令信息不经任何变化地再传送到下一级显示模块单元中，因此显示板可扩展至更多的显示单元，用于显示更多的显示内容[12]。 4、取字原理

取字原理：由于采用共阴极的LED显示模块，故在取字符时，取字符阴码，即点亮LED灯的信号为1。取模顺序是从左到右，逐行取位，即第一个点作为最高位。每取8个点作为一个字节。取字的字体由软件写入时的字体决定，每个LED灯的亮灭都是由一个数位来标志的（如图13所示）。

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系统硬件设计

图13 取字原理图

每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字， 也可以显示在256像素 范围内的任何图形

5.显示驱动程序

显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋初值，以保证显示屏刷新率的稳定，1/16扫描显示屏的刷新率（帧频）计算公式如下：

刷频率（帧频）=1/16×T0溢出率

=1/16×f/12（65536-t） 其中f位晶振频率，t为定时器T0初值（工作在16位定时器模式）。

然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号，从显示缓存区内读取下一行的显示数据，并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象，驱动程序先要关闭显示屏，即消隐，等显示数据打入输出锁存器并锁存，然后再输出新的行号，重新打开显示。图14为显示驱动程序（显示屏扫描函数）流程图

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系统硬件设计

图14 显示驱动流程图 图15 控制按键

3.2.4 控制电路设计

三个控制按键分别接p3.2 ，p3.3，p3.4口（如图15所示），当有呼叫发出时，值班室人员收到相应信息后，可按下“响应按钮”，单片机执行中断程序。 3.2.5 示警电路

报警电路由一个led灯与p3.1口相接，当有键按下时，有信号输入，灯亮示警，提醒值班人员有病人出现紧急情况。

4 系统软件设计

4.1 设计的软件环境简介

4.1.1 Keil_c

于AT89C51的控制设计，以Keil_c为软件编程环境，以proteus软件为电

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系统软件设计

路仿真设计环境。二者的结合为该系统的设计提供有利条件。Keil_c软件界面如图16所示：

图16 Keil_c软件界面

该软件是一款集编程和仿真于一体的软件，它支持汇编、C语言及二者的混合编程[12]。 4.1.2 Proteus ISIS

Proteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路。

该软件的特点是：

（1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。

（2）具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS－232动态仿真、I2 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等[13]。

（3）目前支持的单片机类型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。

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系统软件设计

（4）支持大量的存储器和外围芯片。

总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真ARM、51、AVR、PIC[14]。

Proteus ISIS的工作界面是一种标准的Windows界面，如图所示，包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

图17 电路仿真界面

运行Proteus程序后，进入软件的主界面。通过左侧工具栏中的P(从库中选择元件命令)命令，在Pick Devices 左侧窗口中选择所需元件的关键字，然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线[15](图17 电路仿真界面)。

4.2 系统程序设计

4.2.1 系统主程序设计的流程如图18所示：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2uvd.html